苯氯苯精馏塔的工艺设计及冷凝器的选型设计.doc
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1、分类号: TQ028.3 单位代码: 密 级: 一 般 学 号:1080710014013 本科毕业论文(设计)题 目:苯氯苯精馏塔工艺设计及塔顶冷凝 器选型设计 专 业: 化学工程与工艺(煤化工方向) 姓 名: 指导教师: 职 称: 答辩日期: 二一四年五月三十一日 延安大学学士学位论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名: 日期: 关于
2、论文使用授权的说明学位论文作者完全了解延安大学有关保留和使用学位论文的规定,即:本科生在校攻读学士学位期间论文工作的知识产权单位属延安大学,学生公开发表需经指导教师同意。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在 2 年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。作者签名: 日期: 导师签名: 日期: 前言氯苯作为一种重要的基本有机合成原料,在生产上应用广泛,由苯液相氯化法制得的氯苯中含有一定量
3、的苯,本设计为一连续精馏塔,用来分离易挥发的苯和不易挥发的氯苯。连续精馏塔在常压下操作,被分离的苯-氯苯二元混合物由连续精馏塔中部进入塔内,以一定得回流比由连续精馏塔的塔顶采出含量合格的苯,由塔底采出氯苯。氯苯纯度不低于99%,塔顶产品苯纯度不低于99%(质量分数)。精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作,在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂驱动下,使气、液两相多次直接接触和分离,利用液相混合物中各组分的挥发度的不同,使易挥发组分由液相向气相转移,难挥发组分由气相向液相转移,实现原料混合液中各组分的分离。该过程同时进行传热、传质的过程。为实现精馏过程,必须为该过程提供
4、物流的贮存、输送、传热、分离、控制等的设备、仪表。根据设计书任务,本设计精馏塔中采用筛板塔进行分离。筛板塔在十九世纪初已应用于工业装置上,但由于对筛板的流体力学研究很少,被认为操作不易掌握,没有被广泛采用。五十年代来,由于工业生产实践,对筛板塔作了较充分的研究并且经过了大量的工业生产实践,形成了较完善的设计方法。据报导,在欧洲和美国,塔设备总数的60%采用筛板塔板。在日本也有25%的塔设备应用了筛板塔板。在我国一些炼油厂,从国外引进的装置中也大量使用了筛板塔板,并且收到了良好的使用效果。表征某种类型塔板性能的主要参数有最大处理量、塔板效率、操作弹性及造价。而塔板能否最大限度地发挥其性能则取决于
5、塔板的流体力学性能和准确的计算方法。筛板精馏塔具有结构简单、造价低;板上液面落差小,生产能力较大;气体分散均匀,传质效率高等特点。筛板塔板以其结构上的特点,在对分离物料的适应性、塔板压力降、塔板效率和处理量等方面优于其它类型的塔板。同时,它的设计计算方法比较完整和准确,在分馏系统的扩能和增效节能改造中,推荐采用筛板塔板替代其它类型塔板。填料塔最关键的问题是要解决液体分布均匀的问题,如果在大塔情况下液体分布比较难控制,现在板式塔盘技术比较成熟,操作弹性不比填料塔差。目录(一)设计题目1(二)设计内容1(三)操作条件1(四)设计要求1(五)基础数据11流程的确定和说明51.1加料方式51.2 加料
6、状态51.3 塔顶蒸汽冷凝方式51.4 塔釜加热方式51.5 出料状态52.1 精馏塔的物料衡算62.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率62.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量62.1.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率62.2 塔板数的确定72.2.1 气液平衡相图72.2.2 确定操作的回流比R72.2.3求精馏塔的汽、液相负荷82.2.4确定理论板数82.2.5全塔效率93.塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算93.1平均压强93.2平均温度103.3平均分子量103.4平均密度103.4.1.液相平均密度103.4.2汽相平均密度113.5液体的平均表面张力114塔和
7、塔板主要工艺结构尺寸的计算114.1塔径、空塔气速114.2溢流装置134.2.2出口堰高134.2.3弓形降液管宽度和截面积144.2.4降液管的底隙高度154.3塔板布置154.3.3开孔数和开孔率164.5塔板上的流体力学验算174.5.1气体通过筛板压降和的验算174.5.2雾沫夹带量的验算194.5.3漏液的验算204.6塔板负荷性能图214.6.1过量液沫夹带线(1)214.6.2液泛线(2)214.6.3液相负荷上限线(3)224.6.4漏液线(气相负荷下限线)(4)234.6.5液相负荷下限线(5)234.7精馏塔冷凝器的选型244.7.1.确定流体流动空间244.7.2计算流
8、体的定性温度,确定流体的物性数据244.7.3计算热负荷254.7.4计算有效平均温度差254.7.5选取经验传热系数K值254.7.6估算换热面积25精馏塔计算结果一览表27主要符号说明29结束语30参考文献31谢 辞32设计任务书(一)设计题目 苯氯苯板式精馏塔的工艺设计及冷凝器的选型设计(二)设计内容某工厂拟采用一板式塔分离苯-氯苯混合液。已知:生产能力为年产65000吨99的氯苯产品;进精馏塔的料液含氯苯45(质量分数,下同),其余为苯;塔顶的氯苯含量不得高于2;残夜中氯苯含量不得低于99;塔顶冷凝器用流量为3000kg/h、温度为30的水冷却。试根据工艺要求进行:板式精馏塔的工艺设计
9、;标准列管式塔顶冷凝器的选型设计。(三)操作条件1.塔顶压强4kPa(表压);2.进料热状况,泡点进料;3.回流比,1.8Rmin;4.塔釜加热蒸汽压力0.5MPa(表压);5.单板压降不大于0.7kPa;6.年工作日300天,每天24小时连续运行。(四)设计要求1.设计方案的确定及工艺流程的说明;2.塔的工艺计算;3.塔和塔板主要工艺结构的设计计算;4.塔内流体力学性能的设计计算;5.塔板负荷性能图的绘制;6.塔的工艺计算结果汇总一览表;7.冷凝器的热负荷;8.冷凝器的选型及核算;9.对本设计的评述或对有关问题的分析与讨论。(五)基础数据1.组分的饱和蒸汽压(mmHg)温度,()809010
10、0110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯1482052934005437197602.组分的液相密度(kg/m3)温度,()8090100110120130苯817805793782770757氯苯1039102810181008997985纯组分在任何温度下的密度可由下式计算苯 推荐:氯苯 推荐:式中的t为温度,。3.组分的表面张力(mN/m)温度,()8085110115120131苯21.220.617.316.816.315.3氯苯26.125.722.722.221.620.4双组分混合液体的表面张力可按下式计算:(为A、B组分的摩尔
11、分率)4.氯苯的汽化潜热常压沸点下的汽化潜热为35.3103kJ/kmol。纯组分的汽化潜热与温度的关系可用下式表示:(氯苯的临界温度:)5.其他物性数据可查化工原理附录。苯-氯苯分离过程板式精馏塔设计及冷凝器的选型设计摘要:本设计对苯氯苯分离过程板式精馏塔装置进行了设计,主要进行了以下工作:1、对主要生产工艺流程和方案进行了选择和确定。2、对生产的主要设备筛板塔进行了工艺计算设计,其中包括:精馏塔的物料衡算;塔板数的确定;精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算;精馏塔的塔体工艺尺寸计算;精馏塔塔板的主要工艺尺寸的计算;冷凝器的选型。3、绘制了生产工艺流程图和精馏塔设计条件图。4、对设计过程中的
12、有关问题进行了讨论和评述。本设计简明、合理,能满足初步生产工艺的需要,有一定的实践指导作用。关键词:苯氯苯;分离效率;精馏塔;冷凝器 The Design of sieve plate-distillation Tower about the Separating Process of Benzene chlorobenzene Abstract: A suit of equipment of sieve distillation column devices which make Benzene separate from chlorobenzene has been designed. T
13、he main work comprising: 1. The main processes and programes of the production have been selected and determined.2.The main container filler tower has been designed,including the balance reckon of the sieve plate tower the number of the tower plank has been determinated the calculation of properties
14、 of matter date the sizeof the Distillation tower has been computed The main tray sizeof the distillation tower has been reckoned.The selection and design of consendonser. Production craftwork flow chart and design condition chart of the distillation tower have been drawn. 4.The questions of the des
15、ign process have been discussed and reviewed. The design is simple and reasonable, and can meet the needs of the initial production process, a certain role in guiding the practice.Keywords: Benzene separate from chlorobenzene; Sieve plate-distillation Tower; Consendonser.1流程的确定和说明1.1加料方式通过对物料流量和流速稳定
16、性传质效率安装等方面综合考虑,本次设计采用泵进料,这样可以节省费用,稳定流量。1.2 加料状态进料状态一般有冷液进料,泡点进料。根据进料组成、流量、加热费用、环境影响等因素考虑,选用泡点进料,并且泡点进料时精馏段与提馏段的塔径相同,上升蒸汽的摩尔流量相等,制造上较为方便。1.3 塔顶蒸汽冷凝方式塔顶采用全凝器冷凝。苯和氯苯不反应,且容易冷凝。塔顶出来的气体温度较高,冷凝后回流液和产品温度也高,需进一步冷却。此冷却是想得到温度较低的液体苯。冷凝液在泡点下一部分回流至塔内,其余部分经产品冷却器冷却后送至储罐。1.4 塔釜加热方式加热方式分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。直接蒸汽加热是蒸汽直接由塔底进
17、入塔内。在一定的回流比条件下,塔顶蒸汽对回流液有稀释作用,使理论塔板数增加,费用增加;间接加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质,其优点是使釜液部分汽化,维持原来的浓度,以减少理论板数,缺点是增加加热装置,所以采用间接蒸汽加热。1.5 出料状态塔顶产品由产品冷却器冷却至常温。1.6 流程的确定 苯氯苯混合液经原料预热器加热至泡点后,进入精馏塔,塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝后,一部分作为回流,其余为塔顶产品经冷却器冷却后送至储罐。塔釜采用间接蒸汽再沸器加热,塔底产品冷却后送至储罐,其工艺流程:图1-12 精馏塔的设计计算 2.1 精馏塔的物料衡算2.1.1 原料液及塔顶、
18、塔底产品的摩尔分率苯和氯苯的相对摩尔质量分别为78.11和112.56kg/kmol2.1.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量2.1.3 料液及塔顶底产品的摩尔流率依题给条件:一年以300天,一天以24小时计,有 全塔物料衡算 2.1.4 物料衡算结果列表 表2-1单位进料F塔顶D塔底W物料kg/h19459.9210432.129027.8kmol/h219.46132.7480.52组成质量分率55%98%1%摩尔分率0.69380.98600.01432.2 塔板数的确定2.2.1 气液平衡相图根据苯-氯苯的相平衡数据,利用泡点方程和露点方程求取依据,将所得计算结果列表如下: 表2
19、-2温度,()8090100110120130131.8苯760102513501760225028402900氯苯148205293400543719760两相摩尔分率X10.6770.4420.2650.1270.0190Y10.9130.7850.6140.3760.0710本题中,塔内压力接近常压(实际上略高于常压),而表中所给为常压下的相平衡数据,因为操作压力偏离常压很小,所以其对平衡关系的影响完全可以忽略。2.2.2 确定操作的回流比R将表2-2中数据作图得曲线。 图2-1 苯氯苯混合液的xy图在图上,因,查得,而,。故有:由题可知,实际回流比为最小回流比的1.8倍,所以2.2.3
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- 氯苯 精馏塔 工艺 设计 冷凝器 选型

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